油水分离器自控设计

1、过程控制工程小设计指导书 油水分离器自控设计院 系： 机电工程学院 班 级： 11自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 施云贵教授 成 绩： 黄山学院Huang Shan University目录专业综合设计任务书3工艺流程简介及仪表选型41.1工艺流程介绍41.2工艺流程及简要说明4 1.3 分离器示意图5 1.4有关数据和已知条件51.5控制方案的确立61.5.1串级控制回路61.5.2 单回路控制71.6带控制方案的工艺流程81.7仪表选型91.8调节阀的选型101.9心得体会11小组成员及任务分配序号成员任务分配1小组组长，主要分配协调组员工作2CAD绘制工艺流程图、设计报告书3设计

2、报告、仪表选型、确定控制方案4确定控制方案、仪表选型、设计报告5确定控制方案、仪表选型6设计报告、确定控制方案7设计报告、打印报告8CAD绘制工艺流程图、设计报告专业综合设计任务书一、设计题目：油水分离器自控设计二、设计目的 本设计是学生第一次进行的综合性专业训练，是自动化专业的一个重要教学环节，其设计目的是进一步巩固和加深对所学理论知识的理解，培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力，使学生对自控设计有较完整的概念，培养学生综合运用所学的控制理论、仪表、控制工程等知识进行工程设计的能力，进一步提高设计计算、制图、视图、编写技术文件，查阅参考文献与资料、仪表类型选择的能力。通过此次设计，培养学

3、生树立为社会主义建设服务的观念。设计者应该有敢于创新和勇于负责的精神，从投入施工的角度来严肃对待自己的设计，使自己的设计能最大限度满足生产实际需要，既经济，又可靠。要善于利用书本知识，而又不迷信书本，要善于独立思考，反对粗心大意，草率从事以及不负责的态度；设计中应善于全面综合的考虑各项复杂因素，有选择性吸收前人的成果，发挥主观能动性，大胆提出创造性的设计方案。三、设计要求1、在设计内容选择上要结合具体的生产实际，题目要有一定的实际意义，做到理论联系实际。自控设备设计要求采用计算机控制系统（如DCS、PLC、FCS等）。2、本设计应当在教师指导下，由学生独立完成下面内容：（1）设计说明书：包括设

4、计指导思想和设计依据，自动化水平和控制方案的确定，设计计算，仪表选型，以及采用新技术新产品的依据，安全技术措施，重要的复杂调节系统的说明，设计中存在的问题等等；（2）填写表格：如自控设备汇总表、调节阀计算数据表、综合材料表等。3、设计要求方案合理、计算数据准确、图面图形和标注符合国家标准和有关技术规范要求，说明书编写符合指导书规定要求。工艺流程简介及仪表选型1.1工艺流程介绍图1 油水分离器工艺流程图1.2工艺流程及简要说明油水分离器是吉化炼油厂催化裂化车间的一个装置，其工艺流程如图1所示。油水分离器的进料来自催化工段分馏塔（T2003）的反应油气，进入油水分离器后，反应油气分出三种物料，即富

5、气（气体）、粗汽油（液体）、水。而粗汽油的密度小于水，且粗汽油不溶于水，在油水分离器中分成两层，上层为汽油，下层为水。水则由油水分离器底部管线W-03放掉；粗汽油则从管线W-06出料，然后分成两部分，一部分作为冷回流，一部分作为产品去下一工段；富气则从分离器顶部管线W-04被富气压缩机抽掉。1.3 分离器示意图图2 分离器示意图1.4有关数据和已知条件 油水分离器液面调节通道的动态特性可以近似地看成一阶惯性环节的对象。设其放大倍数KP=0.8,T=0.7分。 粗汽油：流量Qmax=60m3/h, QC=48m3/h，压力P=12kpf/cm2,T=70。 分离水：流量Qmax=15m3/h，压

6、力P=2kpf/cm2, T=70。 粗汽油密度 =0.8/cm3 本装置在室内安装，要求用就地仪表盘。 要求记录粗汽油量、反应来油气温度、油水分界面高度、粗汽油液面。 泵后要求现场指示压力。 要求控制粗汽油液面、油水界面、粗汽油流量不能变化太大。 设计尺寸如下图所示。1.5控制方案的确立根据工艺过程的简述，以及性能指标的要求，确定使用的控制方案是一个串级控制和一些简单回路控制。采用串级控制系统的部分是对反应釜内温度和加热油流量的控制。因为采用单回路的控制系统虽然简单但对于加热油所受的外部扰动作用小，如加热油控制阀阀前温度的变化，系统的抗扰动能力弱，都可能影响控制系统的品质。为此我们采用串级控

7、制系统，在串级回路中，主控对象是反应釜内的温度，其输出作为加热油流量控制的给定值，所以加热油的流量是被调参数，反应釜内的温度是调节参数。这样可以大大提供控制品质。 1.5.1串级控制回路1、串级控制串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。 前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。 整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构

8、成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。 2、串级控制系统的设计1） 主回路的设计 串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。这里主要解决串级控制系统中两个回路的协调工作问题。主要包括如何选取被控参数、确定主、副回路的原则等问题。 2） 副回路的设计 由于副回路是随动系统， 对包含在其中的二次扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，二次扰动通过主、副回路的调节对主被控量的影响很

9、小，因此在选择副回路时应尽可能把被控过程中变化剧烈、频繁、幅度大的主要扰动包括在副回路中，此外要尽可能包含较多的扰动。 归纳如下1） 在设计中要将主要扰动包括在副回路中。 2） 将更多的扰动包括在副回路中。 3） 副被控过程的滞后不能太大，以保持副回路的快速相应特性。 4） 要将被控对象具有明显非线性或时变特性的一部分归于副对象中。 5） 在需要以流量实现精确跟踪时，可选流量为副被控量。 在这里要注意(2)和(3)存在明显的矛盾，将更多的扰动包括在副回路中有可能导致副回路的滞后过大，这就会影响到副回路的快速控制作用的发挥，因此，在实际系统的设计中要兼顾(2)和(3)的综合。 3、串级控制系统的

10、工业应用1）用于克服被控过程较大的容量滞后 在过程控制系统中，被控过程的容量滞后较大，特别是一些被控量是温度等参数时，控制要求较高，如果采用单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求。利用串级控制系统存在二次回路而改善过程动态特性，提高系统工作频率，合理构造二次回路，减小容量滞后对过程的影响，加快响应速度。在构造二次回路时，应该选择一个滞后较小的副回路，保证快速动作的副回路。 2）用于克服被控过程的纯滞后 被控过程中存在纯滞后会严重影响控制系统的动态特性，使控制系统不能满足生产工艺的要求。使用串级控制系统，在距离调节阀较近、纯滞后较小的位置构成副回路，把主要扰动包含在副回路中，提高副回路对系统的

11、控制能力，可以减小纯滞后对主被控量的影响。改善控制系统的控制质量。 3）用于抑制变化剧烈幅度较大的扰动 串级控制系统的副回路对于回路内的扰动具有很强的抑制能力。只要在设计时把变化剧烈幅度大的扰动包含在副回路中，即可以大大削弱其对主被控量的影响。 4）用于克服被控过程的非线性 在过程控制中，一般的被控过程都存在着一定的非线性。这会导致当负载变化时整个系统的特性发生变化，影响控制系统的动态特性。单回路系统往往不能满足生产工艺的要求，由于串级控制系统的副回路是随动控制系统，具有一定的自适应性，在一定程度上可以补偿非线性对系统动态特性的影响。1.5.2 单回路控制单回路控制回路又称单回路反馈控制。由于

12、在所有反馈控制中，单回路反馈控制是最基本、结构做简单的一种，因此，它又被称之为简单控制。 单回路反馈控制由四个基本环节组成，即被控对象（简称对象）或被控过程（简称过程）、测量变送装置、控制器和控制阀。 所谓控制系统的整定，就是对于一个已经设计并安装就绪的控制系统，通过控制器参数的调整，使得系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。1.6带控制方案的工艺流程根据工艺过程的简述，以及性能指标的要求，可得出带控制方案的流程图如图3。图3 油水分离器自动控制方案工艺流程图1.7仪表选型仪表名称型号技术参数备注数量压力变送器 HQ-1151电源：15-36VDC防腐压力变送器温度漂移:0.02%FS/&

13、#176;C精度:0.25%外壳防护:IP65量程06890kpa2温度变送器HQ-SBWR超小型（模块44×18 ）一体化，通用性强二线制 420mA DC 输出。传输距离远，抗干扰能力强。冷端、温漂、非线形自动补偿。测量精度高，长期稳定性好。采用热电偶温变，可免用补偿导线，降低成本防爆等级： dIIBT4 、 dIIBT5 。防护等级： IP54量程-20016001液位变送器 HQ3051精 度：所调量程的±0.075%；最大量程的±0.1%环境温度：4085测量介质温度：40104最大工作压力2.5MPad 隔爆型dBT4i 本安型iaCT6量程调整比：1

14、00：12流量变送器 LWGY-xxZX1.公称通径：4mm200mm2.精 确 度：±0.2%，±0.5%，±1.0%3.被测介质：对1Cr18Ni9Ti和硬质合金没有损害的液体4.环境温度：-20+505.公称压力：1.6MPa、2.5MPa、6.3MPa6.防爆标志：ExibBT4、ExdBT6介质温度：-20+1201表2-3 仪表选型1.8 调节阀的选型自动控制系统是通过执行器对被控对象进行作用的。调节阀是生产过程自动化控制系统中最常见的一种执行器。调节阀直接与流体接触控制流体的压力或流量。正确选取调节阀的结构型式、流量特性、流通能力；正确选取执行机构的

15、输出力矩或推力与行程对于自动控制系统的稳定性起着十分重要的作用。如果计算错误，选择不当，将直接影响控制系统的性能，使得自动控制系统产生震荡甚至不能正常运行。因此，在自动控制系统的设计过程中，调节阀的设计选型计算是必须认真考虑的重要环节。调节阀工作流量特性的经验性选择方法 （1） 快开特性一般用于开关控制和两位式调节（在阀门的两个开度之间切换调节），在 对流量进行连续调节的场合，一般不会选用快开特性。因此控制系统中调节阀流量特性的选择其实就是等百分比特性和线性特性的选择。 （2） 在对流量、温度、压力（尤其是在阀前后压力存在较大波动或阀后直管线短于3米 的气体压力自动调节系统中）进行自动调节控制

16、的场合，应当采用等百分比特性； 当调节阀经常工作在小开度时，应当选用等百分比特性； 对蒸汽压力、流量进行调节时，宜采用等百分比特性调节阀。 （3） 手动流量调节控制中，一般选用线性特性； 液位自动调节控制系统一般选用线性特性； 两个调节阀并联使用的情况下，适宜采用线性特性； 在水泵最小流量保护时，适宜采用线性特性； 压缩机反喘振时，宜采用线性特性。1.9、心得体会 通过这次设计，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。同时，通过这次课程设计也发现了自身存在的不足之处，感觉理论在运用到实践的过程中有许多困难，通过我们大家一起齐心协力，从平时做的实验老师上课的举例书本上的知识以